[发明专利]Cu2ZnSnS4纳米晶材料的可控制备方法

说明书

本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及了一种Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料的可控制备方法。所述制备方法包括：将醋酸铜、醋酸锌、四氯化锡加入到油胺中，通入氩气保护气体，在一定温度下搅拌使醋酸铜、醋酸锌、四氯化锡完全溶解，得到金属盐的络合溶液；将金属盐的络合溶液加热至设定温度，加入二苯基硫脲的二苯醚溶液进行反应；反应结束后，冷却至室温，反应产物经甲醇清洗后，得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料。本发明选取二苯基硫脲为硫源，采用热注入法制备Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料，通过控制前驱体加入的比例得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料；通过控制反应温度及反应时间得到不同尺寸的Cu₂ZnSnS₄纳米晶。

技术领域

本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及了一种Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料的可控制备方法。

背景技术

半导体纳米晶材料随着尺寸的变化，其光学、电学等特性会发生明显的改变。当纳米晶的尺寸小于其波尔半径时，会出现独特的量子尺寸效应。因此，半导体纳米晶材料的研究受到了广泛的关注，并在太阳能电池、发光二极管等领域得到了广泛的应用前景。目前，硫化镉、硫化铅等纳米晶材料已经得到了广泛的研究，其良好的物理性能使其具有广泛的应用。 Cu₂ZnSnS₄作为一种多元半导体材料，具有较高的光吸收系数(＞10⁴cm^-1)和合适的禁带宽度(～1.5eV)，改变不同元素的比例可以得到不同性质的Cu₂ZnSnS₄材料，使其具有巨大的应用潜力。同时，该材料所含元素均为无毒且储量丰富的元素，具有价格低廉和环境友好的特性，因此，研究Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料具有重要的学术和应用价值。目前，Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料的制备通常采用单质硫作为硫源前驱体，使得在制备过程中需要较高的温度和较长的反应时间。除此之外，此类制备过程极易生成Cu₂SnS₃等杂相。因此，寻找简易Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料的制备方法具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料的可控制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料的可控制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将醋酸铜、醋酸锌、四氯化锡加入到油胺中，通入氩气保护气体，在一定温度下搅拌使醋酸铜、醋酸锌、四氯化锡完全溶解，得到金属盐的络合溶液；

(2)将上述金属盐的络合溶液加热至设定温度，然后加入二苯基硫脲的二苯醚溶液进行反应；

(3)反应结束后，冷却至室温，加入甲醇对反应所得产物进行清洗，得到Cu₂ZnSnS₄纳米晶材料。

上述方案中，所述醋酸铜、醋酸锌和四氯化锡的摩尔比为2∶1∶1。

上述方案中，以1mol醋酸铜为基准，所述油胺的体积为20mL。

上述方案中，步骤(1)所述温度为：50～100℃，所述搅拌的时间为5～30分钟。

上述方案中，步骤(2)所述温度为100～300℃，所述反应的时间为1～60min。